DoITPoMS

când un câmp electric este aplicat unui metal, electronii încărcați negativ sunt accelerați și transportă curentul rezultat. Într-un semiconductor sarcina nu este purtată exclusiv de electroni. Găurile încărcate pozitiv poartă, de asemenea, sarcină. Acestea pot fi privite fie ca posturi vacante în banda de valență altfel umplută, fie echivalent ca particule încărcate pozitiv.

deoarece distribuția Fermi-Dirac este o funcție pas la zero absolut, semiconductorii Puri vor avea toate stările din benzile de valență umplute cu electroni și vor fi izolatori la zero absolut. Acest lucru este descris în diagrama E-k de mai jos; cercurile umbrite reprezintă stări de impuls umplute și cercuri goale stări de impuls neumplute. În această diagramă k, mai degrabă decât k, a fost folosit pentru a indica faptul că vectorul de undă este de fapt un vector, adică un tensor de primul rang, mai degrabă decât un scalar.

dacă decalajul de bandă este suficient de mic și temperatura este crescută de la zero absolut, unii electroni pot fi excitați termic în banda de conducere, creând o pereche electron-gaură. Acest lucru este ca urmare a murdăririi distribuției Fermi-Dirac la temperatura finită. Un electron se poate deplasa, de asemenea, în banda de conducere din banda de valență dacă absoarbe un foton care corespunde diferenței de energie dintre o stare umplută și o stare neumplută. Orice astfel de foton trebuie să aibă o energie mai mare sau egală cu decalajul de bandă dintre banda de valență și banda de conducție, ca în diagrama de mai jos.

indiferent dacă este indusă termic sau fotonic, rezultatul este un electron în banda de conducție și o stare vacantă în banda de valență.

dacă un câmp electric este acum aplicat materialului, toți electronii din solid vor simți o forță din câmpul electric. Cu toate acestea, deoarece doi electroni nu pot fi în exact aceeași stare cuantică, un electron nu poate obține niciun impuls din câmpul electric decât dacă există o stare de impuls vacantă adiacentă stării ocupate de electron. În schema de mai sus, electronul din banda de conducție poate câștiga impuls din câmpul electric, la fel ca un electron adiacent stării vacante lăsate în urmă în banda de valență. În diagrama de mai jos, ambii electroni sunt arătați deplasându-se spre dreapta.

rezultatul este că electronii au un impuls net, deci există o mișcare generală a sarcinii. Acest ușor dezechilibru al impulsului pozitiv și negativ poate fi văzut în diagrama de mai jos și dă naștere unui curent electric.

situl vacant din banda de valență care s-a deplasat spre stânga poate fi privit ca fiind o particulă care poartă sarcină electrică pozitivă de magnitudine egală cu sarcina electronică. Prin urmare, aceasta este o gaură. Trebuie apreciat faptul că aceste scheme nu reprezintă electronii care se deplasează de la un sit la altul în spațiul real, deoarece electronii nu sunt localizați în anumite situri din spațiu. Aceste scheme sunt în spațiu impuls. Ca atare, găurile nu ar trebui considerate ca deplasându – se prin Semiconductor ca dislocări atunci când metalele sunt deformate plastic-este suficient să le privim pur și simplu ca particule care poartă sarcină pozitivă.

procesul opus creării unei perechi electron-gaură se numește recombinare. Acest lucru se întâmplă atunci când un electron scade în energie de la banda de conducție la banda de valență. Așa cum crearea unei perechi electron-gaură poate fi indusă de un foton, recombinarea poate produce un foton. Acesta este principiul din spatele dispozitivelor optice semiconductoare, cum ar fi diodele emițătoare de lumină (LED-uri), în care fotonii sunt lumină de lungime de undă vizibilă.

anterior / următor